Ученые из Токийского университета наук открыли новое состояние воды, в котором она проявляет одновременно свойства твердого тела и жидкости, пишет ScienceDaily.
Речь идет о так называемой фазе предтаивания. В этом состоянии молекулы воды остаются на фиксированных местах, как в кристаллической решетке льда, но при этом вращаются с высокой скоростью, что характерно для жидкости. То есть вода ведет себя одновременно как замерзшая и как жидкая.
Команда исследователей использовала метод твердотельной дейтериевой ядерно-магнитной резонансной спектроскопии, чтобы изучить поведение тяжелой воды (D₂O), заключенной в нанопоры кристалла диаметром около 1,6 нанометра. Измерения показали, что внутри кристалла формируется трехслойная структура, где слои молекул воды различаются по подвижности и прочности водородных связей.
При постепенном нагреве замороженной воды внутри нанопор исследователи зафиксировали переход в новую фазу. Выяснилось, что сначала «тают» лишь неполные водородные связи, а полностью кристаллическая структура остается устойчивой. Именно в этот момент возникает редкое сочетание твердости и подвижности.
Ученые отмечают, что открытие не только дает новое понимание поведения воды в условиях крайнего ограничения, но и имеет практическое значение. Контролируя структуру льда и процессы таяния, в будущем можно будет создавать безопасные и дешевые материалы для хранения газов — например, водорода и метана, а также разрабатывать новые гидратные системы.
Исследование опубликовано в журнале Journal of the American Chemical Society.